电离层空间环境复杂，紫外波段辐射能量微弱，如何抑制远紫外高光谱成像仪杂散光是研究远紫外电离层高光谱载荷的重要环节。依据系统技术要求，给出单超环面光栅型高光谱成像仪杂散光抑制方法，首先分析杂散光的主要来源和传播路径，利用UG软件设计消杂光结构，使用LightTools软件仿真不同视场和不同光栅衍射级次下接收面的能量响应，评估杂散光抑制效果。结果表明：视场外杂散光能量和视场内光线能量量级相差10^-5~10^-7，光栅非工作衍射级次光线能量和工作级次能量量级相差10^-6~10^-8，中心波长处光谱杂光系数为0.9975%，所提方法满足空间远紫外高光谱遥感指标要求。

针对传统电离层斜向探测仪结构复杂、探测信道固定、多站同步探测中相干干扰严重问题, 提出一种基于现场可编程门阵列 (FPGA)和先进精简指令集处理器 (ARM)结构的嵌入式电离层斜向探测系统的探测方法, 并给出系统结构设计。采用完全互补码解决多站同步探测的相干干扰问题, 丰富了探测码制; 利用数字中频接收结构在数字域中进行二次混频, 避免了寄生信号和交调失真, 具有标准化、模块化、扩展性强的特点; 使用灵活的静态存储控制 (FSMC)协议解决了控制模块之间高速并行数据传输问题, 实现了数据的自动判读和频率优选。实验结果验证了系统设计的正确性及可靠性, 该系统在空间物理学研究、天波超视距雷达探测、应急抢险救灾等领域有重要应用前景。

磁暴等空间天气事件会引起热层中性成分O和N2浓度的显著变化, 故常将氧原子和氮分子的柱密度之比O/N2作为电离层热层受扰动的标志。 研究表明, O和N2柱密度之比O/N2与远紫外气辉OⅠ 135.6 nm和N2 Lyman-Birge-Hopfield(LBH)的柱辐射强度之比135.6/LBH具有很好的相关性, 因此远紫外光学遥感探测对于监测磁暴等空间天气事件显得尤为重要。 自20世纪70年代以来, 国外就开展了远紫外气辉电离层探测的研究工作, 并相继发射了多颗相关卫星, 尤其是美国、 日本以及瑞典等国家。 而我国在轨运行的星载光学遥感探测仪器中, 只有一些工作在微波波段、 可见光波段的载荷, 还没有在远紫外波段工作的遥感探测仪器, 直到2017年11月风云三号D气象卫星的成功发射, 卫星上搭载的电离层光度计是我国首台星载远紫外气辉遥感探测载荷, 它为我们提供了一系列具有自主知识产权的远紫外探测数据, 为开展电离层O/N2特性的研究奠定了基础。 首先阐述了利用柱辐射强度之比135.6/LBH来反演热层中性成分柱密度之比O/N2的理论依据。 其次, 基于MSISE-00大气模型, 利用AURIC来仿真计算135.6/LBH与O/N2之间的比例系数, 然后利用电离层光度计实时观测的远紫外气辉数据来反演电离层O/N2, 进一步验证磁暴期间电离层中性成分受扰动的情况。 在数据处理过程中, 采用了切比雪夫滤波器滤波方式针对数据中的带外杂散光进行了处理, 进一步抑制了杂散光信号对远紫外光谱信号的影响。 最后, 将电离层光度计O/N2的反演结果与国外光学遥感载荷全球紫外成像仪GUVI（Global Ultraviolet Imager）的结果进行对比, 结果显示二者对磁暴的响应一致, O/N2的产品误差RMS约为0.319 6, 文中对造成两者差异的可能原因做出了初步分析, 为后续工作的开展奠定了基础。 此次研究, 首次利用我国自主研发的远紫外气辉遥感探测载荷进行数据反演和分析, 这对我国电离层远紫外遥感探测技术的发展具有重要意义。

为了验证电离层光度计的设计及研制性能, 以满足仪器在轨高灵敏度高精度探测的使用需求, 利用氘灯、标准探测器、单色仪、准直仪、漫反射板、真空系统构建一套基于传递标准探测器的全链路电离层光度计真空紫外定标系统, 利用真空紫外定标系统完成了电离层光度计在夜间135.6nm和白天135.6nm、LBH带3个探测通道的130~200nm光谱响应及辐亮度定标试验, 测试了仪器的灵敏度指标。最后对整个定标系统的定标精度进行分析和估计, 得到系统的定标精度优于9.1%。试验证明了基于传递标准探测器建立高精度真空紫外辐射定标系统的可行性。

电离层极紫外波段(10～100 nm)日辉辐射主要是由太阳光电离激发以及光电子碰撞电离激发过程产生的, 利用天基遥感探测手段对极紫外日辉辐射进行观测, 可以获得白天电离层F层的电子密度、 离子密度及空间分布等信息。 极紫外波段日辉的天基遥感探测技术在国外起步较早, 尤其是欧美、 日本等国家, 目前已经处于相对成熟的阶段。 而我国对极紫外波段气辉辐射的研究几乎为空白, 对电离层的探测也主要集中在夜间, 如2017年我国发射的风云三号气象卫星D星上装载的电离层光度计可以获得夜间电离层峰值电子密度。 对极紫外气辉进行遥感观测, 特别是对电离层中O+ 83.4 nm日气辉辐射的辐射特性进行探测, 是获得白天电离层辐射特性的重要手段, 也是国际上电离层光学遥感探测技术的研究热点。 首先介绍了极紫外日辉的辐射传输理论, 对日辉辐射的激发过程、 碰撞过程以及共振散射过程进行了介绍, 在此基础上重点分析了O+ 83.4 nm日气辉辐射的产生机制及辐射特性。 该辐射是太阳光电离激发低热层中的O原子而产生, 为电离层极紫外气辉中辐射强度较强的信号之一, 83.4 nm气辉的高度分布情况可以提供电离层O+密度扩线以及电子密度扩线, 为白天电离层探测提供了一种有效手段。 其次分析了O+ 83.4 nm日辉辐射的谱带特性, 以MSIS-00大气模型为基础, 利用由美国计算物理公司与空军实验室联合开发的AURIC v1.2模型计算83.4 nm气辉辐射的初始体发射率、 共振散射作用下的体发射率和临边柱辐射强度的分布情况, 探究O+83.4 nm日辉谱线与高度、 纬度、 太阳活动和地磁活动等电离层物理参量的相关性。 基于极紫外日辉辐射算法, 同时根据氧离子83.4 nm辐射传输特性, 考虑该辐射的多次散射效应, 提出了氧离子83.4 nm日辉辐射的计算方法。 假设电离层呈现电中性, 获得氧离子83.4 nm日辉强度可以反演白天电离层O+密度, 进而获得白天电离层F层电子密度的分布情况, 为探究白天电离层特性提供了重要依据。

岸舰通信作为舰艇编队与陆基指挥所通信的重要手段，保持通信畅通是十分关键的。针对电离层随机变化影响通信畅通区仿真的问题，以战时通信使用频率最高的一跳反射为例，进行了可视化仿真。首先基于工程中常见的电离层模型建立了反射高度的计算模型，提出了有无干扰条件下岸舰通信畅通区计算模型、数据采样和可视化方法，并且基于仿真平台进行了仿真。从实现效果来看，能够满足仿真要求，并且更加直观形象地展现通信状态，为装备的部署和工作参数选择提供方法。

研究了一种星载太阳同步轨道远紫外成像光谱仪,以满足对低层大气驱动力与电离层之间耦合作用探测的科学需求。仪器拟采用双侧向临边探测方法,对电离层中在远紫外波段产生昼夜不同特征辐射的各种粒子的光谱辐射强度进行探测,进而定量获取低层大气驱动力的影响。根据探测机理,进行了仪器系统观测方案设计、仪器性能参数与系统设计、原理样机系统集成、性能测试和地面辐射定标等研究,该研究为我国未来电离层远紫外成像光谱探测提供一种思路。

星载合成孔径雷达( SAR)系统会受到电离层带来的相位影响，降低星载 SAR系统成像质量，对低频段宽带星载 SAR尤其明显。为了消除电离层对星载 SAR带来的相位影响，基于陆地观测技术卫星 2号(ALOS-2)星载 SAR数据,采用距离向频带分割法来估计电离层电子总含量( TEC)参数。验证推导距离向频带分割法的最优估计精确度，并利用 ALOS-2数据，采用距离向频带分割法反演得到二维电离层 TEC参数分布，分析了距离向分辨单元数对反演精确度的影响。另外，分析了雷达图像不同区域采用距离向频带分割法的估计精确度。结果表明频带分割法具有很强的鲁棒性，可以有效地反演电离层 TEC参数分布，同时距离向分辨力单元数和成像区域场景地形起伏也影响反演电离层参数的精确度。

主要针对可应用于空间高层大气遥感的远紫外光谱仪的光谱辐照度响应度定标方法进行研究。 针对远紫外波段光谱测试标准装置少, 实验系统所需真空度高, 实验稳定性难以维持, 传统漫反射板和积分球辐亮度定标方法在远紫外波段局限性大、 难以利用等特点, 研究了适用于远紫外光谱仪器的光谱辐照度绝对辐射定标方法, 搭建了相应的真空实验系统, 以一台远紫外光谱仪原理样机为对象对研究方法进行了实验验证。 实验系统以标准氘灯、 真空紫外单色仪和准直系统组成照射系统, 将出射准直光辐照度用标准探测器进行标定, 三者共同组成了标准光谱辐照度光源; 利用该光源照射原理样机并读出相应信号, 最终获得光谱辐照度响应度, 从而实现了利用标准探测器进行照度传递的远紫外光谱仪器绝对光谱辐射定标, 有效的进行了仪器定标。 该方法定标不确定度约为7.7%, 对远紫外波段空间高层大气遥感光谱仪的地面辐射定标研究具有重要意义。